液氮冷却Al-Cu合金

孔隙率降至0.39%

通过液氮在线冷却优化增材制造凝固过程，在不改变合金成分的前提下大幅降低氢致孔隙，同步提升强度与塑性。

Wang, Zhennan · Lu, Xufei · 林鑫 · Zhiwei, Hao · Hu, Chenghui · Feng, Zhe · 杨海欧 · Wang, Xinghua

Virtual and Physical Prototyping 2024

参数信息

孔隙密度

63.8 %

最终孔隙率

0.39 %

屈服强度

100.3 MPa

极限抗拉强度

250.1 MPa

断裂伸长率

19.4 %

技术优势

孔隙率大幅降低

液氮冷却通过细化晶粒、缩短氢过饱和区以及增强Marangoni对流，使气泡更易逸出，从而大幅降低孔隙率。

强度塑性同步提升

孔隙率降低使得力学性能提升，屈服强度100.3 MPa，极限抗拉强度250.1 MPa，断裂伸长率19.4%。

抑制热裂倾向

尽管残余应力略有增加，液氮冷却策略仍能防止高裂纹敏感性Al-Cu合金的开裂。

应用场景

• 增材制造：无需改合金成分，直接提升WAAM Al-Cu构件致密度与强度。
• 结构铝合金：承载结构件可减轻重量且避免氢致孔隙导致的失效。
• 铝合金：为高裂纹敏感性铝合金提供防裂工艺方案。
• 高强轻质材料：在低密度下获得高强度和良好塑性，满足轻量化需求。